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摘要：为了对高压输电线路电压谐波含量进行直接测量，及时了解输电线路谐波情况，本文提出了一种基于场强法测量高压线路电压谐波信号的新方法，克服了传统测量方法不能获得高压线路电压谐波信号问题。通过建立场强法获得电压信号的数学模型，并从理论上证明了其正确性；同时设计了谐波检测仪实际测量电路，包括数据采集器和数据接收器，二者之间通过无线发送数据，解决了高低压隔离问题，高压输电线路谐波检测仪可以方便地检测出高压线路上电压的谐波含量。
关键词： 场强法、高压输电线路、谐波、检测
【中图分类号】TM726.1
0 引 言
随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加，各种非线性和时变性电子装置大规模应用不可避免地将产生的谐波电流大量注入电网，造成了诸如电网电压波形畸变、电压闪变、干扰等现象，导致电能质量日趋恶化。世界各国十分重视供电可靠性和供电质量的管理，要求能够对电网质量以及保证电网可靠运行的辅助设备进行检测。
传统的高压输电线路谐波检测方法采用有线方式，在变电站中将谐波检测仪接入PT二次侧，通过检测PT二次端的小电压信号来检测母线上的电压，间接获得线路中谐波含量。这种测量方法只能反映靠近变电站附近高压线路的谐波情况，不能真实反应高压线路上的谐波情况。为了更方便，更安全，更可靠地对输电线路电能质量进行检测，本文提出了一种采用场强法获取高压线路电压信号的新方法，并基于此方法设计了高压输电线路谐波检测仪，克服了传统方法无法测量而造成的误差。本文的研究不仅为电力系统提供了一种方便的电能质量检测装置，也将为电力系统中的其它相关参量的无线检测提供重要的理论和实际指导意义。
1场强法获得高压线路电压谐波信号的原理
2基于场强法的高压线路谐波检测仪的设计
基于场强法的高压线路谐波检测仪主要包括高压输电线路谐波采集器和数据接收器，高压输电线路谐波采集器和数据接收器之间通过无线方式发送数据，实现高低压完全电隔离，在检测高压输电线路谐波时保证使用者的人身安全。
高压输电线路谐波采集器利用电场耦合原理采用非接触方式获得输电线路电压的谐波信号，再通过电能质量芯片利用FFT和DSP技术计算出各次谐波和总谐波含量，利用微处理器读取电能质量芯片中处理过的各次谐波和总谐波含量后，采用无线射频技术发送给数据接收器，使用时高压输电线路谐波采集器利用接到一起的2-3根令克棒接触到被测输电线路。
数据接收器将接收到的数据处理后在液晶屏上显示测量结果，实现的功能：具有测量3-31次谐波及总谐波含量功能；具有通信自检功能，可以在非高压输电线路测试状态，进行通信检测，判断采集器与接收器之间无线通信是否正常；具有柱状图显示功能；具有数据存储和历史数据查询功能。
2.1高压电力线路电压信号采集处理电路的设计
2.2发送装置的设计
发送装置正常工作时，将电极与高压输电线路接触或近距离接触，这样电极将被置于高压线路附近的强电场中，强电场致使电极感应出与高压线路上电压信号同频同相的电压信号，且该电压信号与高压线路上的电压信号幅值成一定比例关系。由电极感应的电压信号一方面通过滤波和调理电路送入主控芯片的A/D采集模块进行瞬时电压采集；另一方面经过整形电路将正弦波信号转换成方波信号，用于锁相环的输入。主控芯片中的A/D采集模块在锁相环输出的32KHz的方波控制下进行每周波的64点采集。当数据全部采集完毕后启动发送功能，通过无线收发模块将采集的数据经天线发送到手持器中进行数据的分析与计算。
2.3 接收装置的设计
3 谐波检测仪测量谐波含量的对比试验
通常在电网的谐波研究中只分析其奇次谐波，一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。所以上表的数据分析中只涵盖了各奇次谐波分量，偶次谐波在同步采样的控制下几乎为零。在此基础上对比两组数据，除个别有较大偏差外，对比数据基本吻合，产生误差原因是非严格同步采集造成的，但是从上述对比数据可以看出，本文设计的谐波检测仪所测量的谐波数据，可以正确地反映出高压发生器电压的谐波含量情况。
4 结论
本文采用理论分析、建立模型及试验研究相结合的技术路线，围绕基于场强法的高压线路谐波无线检测技术问题进行了深入研究，建立了高压输电线路周围工频电场的数学模型，分析了高压线路周围场强与电压信号的关系，为场强法应用于高压线路电压谐波无线检测提供了理论依据。同时设计了谐波检测电路，将研究的理论应用于高压线路谐波检测设备上，通过标准谐波源与实测结果对比试验，试验结果表明，高压线路谐波检测仪可以较准确地非接触测量出高压线路上的谐波含量，由于利用PT方式检测变电站站内谐波，操作复杂，而利用场强法非接触测量输电线路谐波，不仅能对变电站站内谐波，而且对于变电站站外谐波状况也可以进行检测，因此，该种方法对方便地了解输电线路谐波状况具有非常重要的意义。
参考文献：
[1] 段晓波.高压电网新型谐波测量系统及试验方法[J]，华北电力技术，2005，（5）：33-35.
[2] 李圣清，李英浩，周有庆，何立志.电网谐波检测方法的综述[J].高电压技术，2004，30（3）：39-42.
[3] 张伏生，耿中行，葛耀中. 电力系统谐波分析的高精度FFT算法[J].中国电机工程学报，1999，3（3）：1-10
[4] 谢小荣，韩关铎.电力系统频率测量综述[J].电力系统自动化，1999，23（3）：54-57.
[5] 张万荣，任军辉，王蔚华.±800 kV特高压直流输电工程直流滤波器设计研究[J]. 高压电器，2007，43（6）：431-434.
[6] 李正军，杨浑军，宋晓庆.新型电力网络仪表的谐波测量方法与实现[J].电力系统及其
自动化学报，2006，18（3）：28-33.
[7] 李威.基于FPGA/DDS的谐波信号发生器的研究与设计[D].江苏：河海大学，2007.
[8] 马文营，张巍，杨洪耕. 基于递推FFT算法与不间断采样的电力谐波分析[J]. 高压电器，2003，39（2）：13-15.
[9] GW of General System Subcommittee IEEE.Electrostatic effects of overhead transmission line，part1-hazards and effects[J]，IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1972，91（2）：422-426.
[10] GW of General System Subcommittee IEEE.Electrostatic effects of overhead transmission line， part2-methods of calculation[J]. IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1972，91（2）：426-446.
[11] 孫栩，孔力. 带有源滤波功能的新型高压直流输电系统的研究[J]，高压电器， 2008，44（1）：1-7.
[12] 肖建华，吴今培. 电力系统谐波测试仪的设计与实现[J]，吉首大学学报（自然科学版），2000，21（3）：20-23.
[13] 张金波，王俊，范梅荣，冯媛媛.实用高压电力线路无线核相仪的设计.电力自动化设备，2005，25（10）：65-67.
关键词： 场强法、高压输电线路、谐波、检测
【中图分类号】TM726.1
0 引 言
随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加，各种非线性和时变性电子装置大规模应用不可避免地将产生的谐波电流大量注入电网，造成了诸如电网电压波形畸变、电压闪变、干扰等现象，导致电能质量日趋恶化。世界各国十分重视供电可靠性和供电质量的管理，要求能够对电网质量以及保证电网可靠运行的辅助设备进行检测。
传统的高压输电线路谐波检测方法采用有线方式，在变电站中将谐波检测仪接入PT二次侧，通过检测PT二次端的小电压信号来检测母线上的电压，间接获得线路中谐波含量。这种测量方法只能反映靠近变电站附近高压线路的谐波情况，不能真实反应高压线路上的谐波情况。为了更方便，更安全，更可靠地对输电线路电能质量进行检测，本文提出了一种采用场强法获取高压线路电压信号的新方法，并基于此方法设计了高压输电线路谐波检测仪，克服了传统方法无法测量而造成的误差。本文的研究不仅为电力系统提供了一种方便的电能质量检测装置，也将为电力系统中的其它相关参量的无线检测提供重要的理论和实际指导意义。
1场强法获得高压线路电压谐波信号的原理
2基于场强法的高压线路谐波检测仪的设计
基于场强法的高压线路谐波检测仪主要包括高压输电线路谐波采集器和数据接收器，高压输电线路谐波采集器和数据接收器之间通过无线方式发送数据，实现高低压完全电隔离，在检测高压输电线路谐波时保证使用者的人身安全。
高压输电线路谐波采集器利用电场耦合原理采用非接触方式获得输电线路电压的谐波信号，再通过电能质量芯片利用FFT和DSP技术计算出各次谐波和总谐波含量，利用微处理器读取电能质量芯片中处理过的各次谐波和总谐波含量后，采用无线射频技术发送给数据接收器，使用时高压输电线路谐波采集器利用接到一起的2-3根令克棒接触到被测输电线路。
数据接收器将接收到的数据处理后在液晶屏上显示测量结果，实现的功能：具有测量3-31次谐波及总谐波含量功能；具有通信自检功能，可以在非高压输电线路测试状态，进行通信检测，判断采集器与接收器之间无线通信是否正常；具有柱状图显示功能；具有数据存储和历史数据查询功能。
2.1高压电力线路电压信号采集处理电路的设计
2.2发送装置的设计
发送装置正常工作时，将电极与高压输电线路接触或近距离接触，这样电极将被置于高压线路附近的强电场中，强电场致使电极感应出与高压线路上电压信号同频同相的电压信号，且该电压信号与高压线路上的电压信号幅值成一定比例关系。由电极感应的电压信号一方面通过滤波和调理电路送入主控芯片的A/D采集模块进行瞬时电压采集；另一方面经过整形电路将正弦波信号转换成方波信号，用于锁相环的输入。主控芯片中的A/D采集模块在锁相环输出的32KHz的方波控制下进行每周波的64点采集。当数据全部采集完毕后启动发送功能，通过无线收发模块将采集的数据经天线发送到手持器中进行数据的分析与计算。
2.3 接收装置的设计
3 谐波检测仪测量谐波含量的对比试验
通常在电网的谐波研究中只分析其奇次谐波，一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。所以上表的数据分析中只涵盖了各奇次谐波分量，偶次谐波在同步采样的控制下几乎为零。在此基础上对比两组数据，除个别有较大偏差外，对比数据基本吻合，产生误差原因是非严格同步采集造成的，但是从上述对比数据可以看出，本文设计的谐波检测仪所测量的谐波数据，可以正确地反映出高压发生器电压的谐波含量情况。
4 结论
本文采用理论分析、建立模型及试验研究相结合的技术路线，围绕基于场强法的高压线路谐波无线检测技术问题进行了深入研究，建立了高压输电线路周围工频电场的数学模型，分析了高压线路周围场强与电压信号的关系，为场强法应用于高压线路电压谐波无线检测提供了理论依据。同时设计了谐波检测电路，将研究的理论应用于高压线路谐波检测设备上，通过标准谐波源与实测结果对比试验，试验结果表明，高压线路谐波检测仪可以较准确地非接触测量出高压线路上的谐波含量，由于利用PT方式检测变电站站内谐波，操作复杂，而利用场强法非接触测量输电线路谐波，不仅能对变电站站内谐波，而且对于变电站站外谐波状况也可以进行检测，因此，该种方法对方便地了解输电线路谐波状况具有非常重要的意义。
参考文献：
[1] 段晓波.高压电网新型谐波测量系统及试验方法[J]，华北电力技术，2005，（5）：33-35.
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[11] 孫栩，孔力. 带有源滤波功能的新型高压直流输电系统的研究[J]，高压电器， 2008，44（1）：1-7.
[12] 肖建华，吴今培. 电力系统谐波测试仪的设计与实现[J]，吉首大学学报（自然科学版），2000，21（3）：20-23.
[13] 张金波，王俊，范梅荣，冯媛媛.实用高压电力线路无线核相仪的设计.电力自动化设备，2005，25（10）：65-67.